專利名稱：城市燈光演示的激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)鏡頭，尤其涉及城市燈光演示的一種激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著激光應(yīng)用的拓展，近年開發(fā)出來一種城市激光演示燈光系統(tǒng)，它在平日可作 為一種城市的標(biāo)示，節(jié)假日則可在城市中心及周圍發(fā)出各種顏色的彩色光柱以增加節(jié)日氣 氛。由于這種燈柱要能覆蓋住整座城市，因此這種光柱直徑必須能有一定大，而且要求能 遠(yuǎn)射。目前，激光器只能做成較小直徑的出射光束，如l-5mm，且激光光束的發(fā)散角一般都 較大，光柱在天空只能有限射到很近的距離就消失在空氣中，因此，現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)中，常需 要對(duì)不同口徑的平行光束進(jìn)行擴(kuò)束，普通激光輸出的光束直徑一般都比較小， 一般為小5mm 之間，實(shí)際系統(tǒng)中常常需要擴(kuò)束后使用。如，中國(guó)專利號(hào)為ZL200410084636.5提供了一種 光束通用擴(kuò)束系統(tǒng)，其是將透鏡框與調(diào)節(jié)件分離，通過更換透鏡來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)束，這種擴(kuò)束系統(tǒng) 使用時(shí)相當(dāng)麻煩，也不能隨意調(diào)節(jié)射出光柱的大小和方向。 在現(xiàn)代城市中，到處可見五彩繽紛燈光，其是采用激光燈光演示系統(tǒng)而射出，但目 前的工業(yè)用激光器是不能作為燈光演示用的，由于它的光束太細(xì)，且因發(fā)散角的關(guān)系而不 能遠(yuǎn)射，不能滿足現(xiàn)代城市燈光演示的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提出一種城市燈光演 示的激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)可隨意調(diào)節(jié)光束大小和平行度，可滿足現(xiàn)代城市的燈光演示 需求。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種城市燈光演示的激光擴(kuò)束鏡系 統(tǒng)，包括第一透鏡和第二透鏡，其中所述的第一透鏡和第二透鏡分別是彎月型透鏡，其中， 第一透鏡曲面背向著光線的入射方向彎曲，第二透鏡曲面向著光線入射的方向彎曲，該兩 個(gè)于同一光軸上；所述的第一透鏡與第二透鏡在光軸上的間距為d2，d2 = 400咖±15%;所 述的第一透鏡為擴(kuò)束鏡。 同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)，通過設(shè)置兩個(gè)彎月型透鏡， 并通過透鏡間距來調(diào)節(jié)激光器出射光束，可使從激光器出射的光束擴(kuò)大10-15倍；該激光 擴(kuò)束系統(tǒng)同時(shí)可調(diào)節(jié)射出激光的平行度，經(jīng)過擴(kuò)束后，可形成直徑達(dá)小10-100mm的光束， 經(jīng)擴(kuò)束鏡調(diào)節(jié)成一束能遠(yuǎn)射到5-30公里的平行光柱。


圖1為本發(fā)明的擴(kuò)束鏡系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的擴(kuò)束鏡系統(tǒng)實(shí)施例設(shè)置有一個(gè)反光鏡的光路示意圖；
圖3為本發(fā)明的擴(kuò)束鏡系統(tǒng)實(shí)施例設(shè)置有兩個(gè)反光鏡的光路示意圖；
圖4為本發(fā)明的擴(kuò)束鏡系統(tǒng)實(shí)施例的光線軌跡示意 圖5為本發(fā)明的擴(kuò)束鏡系統(tǒng)實(shí)施例的成像點(diǎn)的彌散斑示意圖；
圖6是本發(fā)明的擴(kuò)束鏡系統(tǒng)實(shí)施例的能量集中度的示意圖；
圖7是本發(fā)明的擴(kuò)束鏡系統(tǒng)實(shí)施例的光學(xué)傳遞函數(shù)MTF示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合各附圖所示之最佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳述。 如圖1-圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種城市燈光演示的激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)，該系 統(tǒng)第一透鏡LI和第二透鏡L2構(gòu)成，所述的第一透鏡LI和第二透鏡L2分別是彎月型透鏡， 其中，第一透鏡L1的曲面背向光線的入射方向彎曲，第二透鏡L2的曲面向著光線入射的方 向，該兩個(gè)透鏡位于同一光軸上；所述的第一透鏡LI為擴(kuò)束鏡，光束經(jīng)第一透鏡LI的擴(kuò)束 倍數(shù)為20倍；所述的第一透鏡LI與第二透鏡L2在光軸上的間距為d2， d2 = 400±15%。 本發(fā)明實(shí)施例的激光器1出射的光束，經(jīng)第一透鏡LI擴(kuò)束后，進(jìn)入第二透鏡L2進(jìn)行擴(kuò)束 后，光束經(jīng)第一透鏡LI可將光束的直徑擴(kuò)大到lOmm-lOOmm的光柱，而且可遠(yuǎn)射到5公里至 30公里的距離。 本發(fā)明實(shí)施例兩個(gè)透鏡的具體參數(shù)為 第一透鏡L1，其分別由曲率半徑為Rl、 R2的兩個(gè)曲面Sl、 S2構(gòu)成，其光軸上的中 心厚度dl，材料為Ndl:Vdl。 第二透鏡L2，其分別由曲率半徑為R3、 R4的兩個(gè)曲面S3、 S4構(gòu)成，其光軸上的中 心厚度d3，材料為Nd2:Vd2。 第一透鏡Ll與第二透鏡L2在光軸上的間距為d2。 結(jié)合以上參數(shù)，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計(jì)了一個(gè)最佳的擴(kuò)束鏡系統(tǒng)
曲面s曲率R(咖)面間隔d(mm)材料Nd/Vd
119. 02
27. 0400±151. 5/68
3-1600.07
4-290. 01. 8/25 其中，上述擴(kuò)束鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)范圍有
1^ 4， AR卜4《±5% (R R4);
々3， Adu《±5% (dpcQ ;
d2，415 > d2 > 385 ; Nd/vd， ANd/vd《5% (Nd乂vc^ Nd2/vd2)。激光器出射光束直徑伊入=5wm ，擴(kuò)束鏡出射光束直徑P出-100mm ， p = 20~遠(yuǎn)射
距離1 " 20 40Kmm。 |3 = 20x表示激光器1的倍數(shù)為20倍，即激光器1出射的光束經(jīng)第一透鏡Ll擴(kuò) 束后的直徑擴(kuò)大了 20倍。
如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例所述的系統(tǒng)還包括一個(gè)反光鏡A，當(dāng)激光器1出射的光 束經(jīng)第一透鏡LI擴(kuò)束后，進(jìn)入第二透鏡L2，再由第二透鏡L2平行進(jìn)入反光鏡A，如圖4所 示，然后再出射到反光鏡A上，該光束可自由在天空中垂直掃描180° ，如圖2所示。
如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例包括兩個(gè)反光鏡A和B，當(dāng)激光器1出射的光束經(jīng)擴(kuò)束 鏡擴(kuò)束，再出射到反光鏡A上，然后反射出的光束可再進(jìn)行反射到反光鏡B上，該出射的光 束可在自由在天空中水平掃描360。，本發(fā)明實(shí)施可以使用不同顏色的激光束，可使天空布 滿五彩繽紛的顏色，彩色的光柱，非常耀眼奪目。 本發(fā)明實(shí)施例所述的反光鏡的尺寸為長(zhǎng)X寬X高=120X80X5mm 該反光鏡 上還鍍有增透膜和反射膜，該增透膜和反射膜的厚度為A = 480-532-656. 3nm， A :表示 可透過光線的波長(zhǎng)，本發(fā)明實(shí)施例主要以藍(lán)光，綠光和紅光為例，其透過光波波長(zhǎng)的峰值為 ■ ，532和656. 3。 本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計(jì)的最佳擴(kuò)束鏡系統(tǒng)，其具體成像質(zhì)量如下 參見圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例的擴(kuò)束鏡系統(tǒng)的幾何彌散斑，其斑點(diǎn)在6ii左右，具
有極高的分辨率。 參見圖6所示，其為本發(fā)明實(shí)施例的擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后光束的能量集中度，表明其能 量已完全集中在5ii以內(nèi)。 參見圖7所示，其為本發(fā)明實(shí)施例的擴(kuò)束鏡頭綜合成像評(píng)價(jià)的光學(xué)傳遞函數(shù)MTF， 其值也接近理想。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例可將小光束進(jìn)行擴(kuò)束，而且可調(diào)節(jié)光束的平行度， 顏色可根據(jù)需求而選擇不同的顏色來滿足不同城市燈光的演示需求。 以上，僅為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，意在進(jìn)一步說明本發(fā)明，而非對(duì)其進(jìn)行限定。凡 根據(jù)上述之文字和附圖所公開的內(nèi)容進(jìn)行的簡(jiǎn)單的替換，都在本專利的權(quán)利要求保護(hù)范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種城市燈光演示的激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)，包括第一透鏡(L1)和第二透鏡(L2)，其特征在于所述的第一透鏡(L1)和第二透鏡(L2)分別是彎月型透鏡，其中，第一透鏡(L1)曲面背向著光線的入射方向彎曲，第二透鏡(L2)曲面向著光線入射的方向彎曲，該兩個(gè)于同一光軸上；所述的第一透鏡(L1)與第二透鏡(L2)在光軸上的間距為d2，d2＝400mm±15％；該第一透鏡(L1)為擴(kuò)束鏡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市燈光演示的激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)，其特征在于所述擴(kuò)束鏡 的倍數(shù)為20倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市燈光演示的激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)，其特征在于所述的第一 透鏡(LI)是由曲率半徑為Rl和R2的兩個(gè)曲面S1和S2構(gòu)成，R1的值為19. 0mm±5%，R2 的值為7. 0mm±5%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的城市燈光演示的激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)，其特征在于所述的第一 透鏡(LI)在光軸上的中心厚度為2. 0mm±5%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市燈光演示的激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)，其特征在于所述的第二 透鏡(L2)是由曲率半徑為R3和R4的兩個(gè)曲面S3和S4構(gòu)成，R3的值-1600. 0±5%， R4 的值為-290. 0mm±5%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的城市燈光演示的激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)，其特征在于所述的第二 透鏡(L2)在光軸上的中心厚度為10.0mm±5%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的城市燈光演示的激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)，其特征在于所述的 第一透鏡(Ll)材質(zhì)為Ndl : Vdl = 1.5 : 68， ±5%的誤差范圍。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的城市燈光演示的激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)，其特征在于所述的 第二透鏡(L2)材質(zhì)為Nd2 : Vd2 = 1.8 : 25， ±5%的誤差范圍。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市燈光演示的激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)，其特征在于所述的系統(tǒng) 還包括至少一個(gè)反光鏡。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的城市燈光演示的激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)，其特征在于所述的反光鏡上還鍍有增透膜和反射膜，該增透膜和反射膜的厚度為A = 480-532-656. 3nm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種城市燈光演示的激光擴(kuò)束鏡系統(tǒng)，包括第一透鏡和第二透鏡，其中所述的第一透鏡和第二透鏡分別是彎月型透鏡，其中，第一透鏡曲面背向著光線的入射方向彎曲，第二透鏡曲面向著光線入射的方向彎曲，該兩個(gè)于同一光軸上；所述的第一透鏡與第二透鏡在光軸上的間距為d2，d2＝400mm±15％；同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過設(shè)置兩個(gè)彎月型透鏡，并通過透鏡間距來調(diào)節(jié)激光器出射光束，可使從激光器出射的光束擴(kuò)大10-15倍；該激光擴(kuò)束系統(tǒng)同時(shí)可調(diào)節(jié)射出激光的平行度，經(jīng)過擴(kuò)束后，可形成直徑達(dá)φ10-100mm的光束，經(jīng)擴(kuò)束鏡調(diào)節(jié)成一束能遠(yuǎn)射到5-30公里的平行光柱。
文檔編號(hào)G02B17/08GK101750745SQ20091018931
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者周朝明, 李家英, 高云峰 申請(qǐng)人:深圳市大族激光科技股份有限公司